第四章细胞膜的结构.ppt
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1、第四章 细胞膜的结构,前言,质膜(plasma membrane)包在细胞外面所以又称细胞膜。围绕各种细胞器的膜,称为细胞内膜。 质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性,故总称为生物膜(biomembrane)。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。 质膜表面寡糖链形成细胞外被(cell coat)或糖萼(glycocalyx)。 质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构,除对质膜有支持作用外,还与维持质膜的功能有关,所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。 细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。,细胞膜的功能,1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 2.选择性的物质运输
2、,包括代谢底物的输入与代谢主物的排出; 3.提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息的跨膜传递; 4.为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行; 5.介导细胞与细胞,细胞与基质之间的连接; 6.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构.,第一节细胞膜的化学组成和分子结构,生物膜,脂类、蛋白质、糖类,水、无机盐、金属离子,主要成分,少量成分,蛋白质/脂类 :在不同种类生物膜中有所不同。,各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比,一般地说:功能多而复杂的膜,蛋白质/脂类 大; 功能少而简单的膜,蛋白质/脂类 小。,一、化学组成,一、形成生物膜的基本骨架的膜脂 二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合 三 存在于
3、质膜表面的糖脂和糖蛋白,(一) 膜脂(membrane lipid)-生物膜骨架,生物膜上的脂类统称膜脂。,膜 脂,磷 脂,糖 脂,胆 固 醇,均为双亲性分子,既有亲水性一端,又有疏水性一端的分子。,1、磷脂构成膜脂的基本成分,约占50%以上,可分为甘油磷脂和鞘磷脂两种,鞘磷脂,X,极性头部(亲水性),非极性尾部(疏水性),磷脂酰胆碱(卵磷脂),磷脂酰乙醇胺(脑磷脂),磷脂酰丝氨酸,鞘胺醇,磷脂,2、胆固醇加强膜的稳定性、调节膜的流动性,极性头部,固 醇 环 结 构,非极性尾部,3、糖脂主要位于质膜的非胞质面,鞘胺醇,糖脂分子,半乳糖苷脂,由脂类和寡糖类组成 动物的为鞘氨醇的衍生物。 植物的为
4、卵磷脂衍生的糖脂 常见糖脂:脑苷脂(最简单);神经节苷脂(最复杂),脂分子团,脂双分子层,膜脂在水溶液中自动形成双层,水,水,脂质体(liposome),(二)膜蛋白执行细胞膜的多种功能,蛋白质是生命功能的_? 膜蛋白有何功能? 如何分类?,内在膜蛋白(7080%) (intrinsic membrane protein),外在膜蛋白(20 30%) (extrinsic membrane protein),脂锚定蛋白 (lipid anchored protein),去垢剂,SDS Triton X-100,单糖或多聚糖 + 膜 脂,共价键,糖 脂,单糖或多聚糖 + 膜蛋白,糖 蛋 白,共价
5、键,细胞内,脂双层,膜蛋白,细胞外被,细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起,形成一层外被,称细胞外被或糖萼。,细胞外被,(糖萼),(三 )存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白,不对称性和流动性,二、 细胞膜的特性,(一)膜的不对称性决定膜功能的方向性,细胞膜中各种成分分布是不均匀的,包括种类和数量上都有很大差异,称为膜的不对称性。 样品经冰冻断裂处理后,细胞膜可从脂双层中央断开,各断面命名为:ES,细胞外表面(extrocytoplasmic surface);EF,细胞外小页断面(extrocytoplasmic face);PS,原生质表面(protoplasmic surface)
6、;PF,原生质小页断面(protoplasmic face) 。,ES,细胞外表面,原生质小页断面,细胞外小页断面,1、膜脂分布的不对称性,糖脂 全部分布在膜的非胞质面。,磷脂 磷脂酰胆碱 和 鞘磷脂多分布在细胞膜的外层(非胞质面) 磷脂酰乙醇胺 和 磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层(胞质面) 磷脂酰丝氨酸带有负电荷,细胞膜内层负电荷多于外层。,2、膜蛋白分布的不对称性,第一: 不同膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不同的(如血影蛋白只分布在内侧)。,第四: 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。,第二: 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。,膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。,第三:
7、膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。,(二)膜的流动性(fluidity)是膜功能活动的保证,主要是指由膜脂和蛋白质的分子运动。,1、膜脂双分子层是二维流体,脂质分子层即有分子排列的有序性,又有液体的流动性,液晶态,晶态,常态下,低温下,旋转运动,侧向移动,伸缩振动,摆动,旋转异构,翻转运动,侧向扩散运动:同一平面上相邻的脂分子交换位置。,旋转运动:围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。,摆动运动:围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。,伸缩震荡运动:脂肪酸链进行伸缩震荡运动。,翻转运动:膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。,旋转异构化运动:脂肪酸链围绕C-C键旋转。,2、膜脂分子的运动,影响膜脂流动性
8、的因素,1.脂肪酸链的饱和程度,2.脂肪酸链的长度,3.胆固醇的影响,4.卵磷脂/鞘磷脂的比例,5.其它因素,饱和程度高,流动性小 饱和程度低,流动性大,链长,流动性小 链短,流动性大,调节膜的流动性,此比例小,流动性小 此比例大,流动性大,环境温度,内在膜蛋白的含量,(二)、膜蛋白的流动性,膜蛋白分子的运动方式,(1)侧向移动,(2)旋转运动,小鼠细胞,人膜蛋白抗体+人膜蛋白(抗原),异核细胞,小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素,人膜蛋白抗体 + 罗丹明,小鼠膜蛋白抗体 +小鼠膜蛋白(抗原),人细胞,孵育(37,40分钟),光脱色恢复技术(FRAP),Fluorescence recovery af
9、ter photobleaching,注意: 并非膜上所有的蛋白质分子在整个膜上都能自由的流动; 膜蛋白的流动有区域性的.,质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。当膜的流动性低于一定的阈值时,许多酶的活动和跨膜运输将停止,反之如果流动性过高,又会造成膜的溶解。,2、质膜流动性的意义,第三节、生物膜的分子结构模型,生物膜结构描述的历史回顾:,1925年,Gorter 和Grendell 用丙酮抽提红细胞膜中的脂类并在水和空气界面上铺展成单分子层,测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因
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